《計算機系統結構教程（第2版）/“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材》借鑒了國內和國外最經典的相關教材，系統地論述了計算機系統結構的基本概念、基本結構、基本方法等，強調從開發并行性的角度、用量化分析（性能評價）的方法來研究和分析計算機系統。
《計算機系統結構教程（第2版）/“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材》共有14章。第1章論述基本概念、并行性的發展和定量分析基礎。第2章論述計算機指令系統的設計和MIPS指令系統。第3章論述流水線技術，包括性能分析、調度、相關和沖突以及流水線的實現。第4章論述向量處理機的結構、特點和性能評價。第5章和第6章分別論述如何用硬件和軟件的方法來開發指令級并行性，包括記分牌和Tomasulo算法、基于硬件的前瞻執行、多指令流出技術、循環展開、VLIW、EPIC等。第7章論述存儲系統，重點論述Cache的基本知識及提高Cache性能的各種方法。第8章論述總線、通道處理機和RAID。第9章論述互連網絡的特性參數、靜/動態互連網絡以及消息傳遞機制等。第10章論述SMP、DSM、MPP等并行計算機系統結構，論述多Cache一致性、同步、同時多線程。第11章論述多核架構、實例以及基于多核的并行程序設計。最后三章分別論述機群系統、陣列處理機、數據流計算機。
本書內容豐富，實例具體，語言簡練，可讀性好，可作為高等院校計算機及相關專業的教學用書，也可供相關科技人員參考。
本書是《計算機系統結構教程〉〉（清華大學出版社，2010年）的修訂版。《計算機系統結匈教程》是“十一五”國家級規劃教材，并于20u年被評為國家級精品教材。為了跟蹤和反決計算機技術的新發展，我們對該教材進行了修訂，補充了新內容，并開發了配套的多媒體力畫課件以及用于實驗的一組模擬器。
本書適用于重點高等院校的計算機、軟件工程等相關專業本科生和研究生。在內容的選取上，本書不僅強調采用目前國際上流行的量化分析方法，注意介紹新技術和新方法，而；還注重對經典的結構和思想等的論述和分析。本書借鑒了國內和國外最經典的相關教才，吸取了它們各自的優點，并將其內容有機地結合在一起。
本教材的主要特點是：
（1）取材先進，體系完整，覆蓋面廣，深度與廣度相結合，適合于重點大學。
（2）配有基于動畫解析教學法的近200個動畫課件，使用它們進行教學或者自學，能達到非常好的教學效果。
（3）配有基于模擬器的實驗（見《計算機系統結構實踐教程》（第二版），張晨曦，清華大學出版社），對于深入理解和掌握本課程內容有很大的幫助。模擬器是我們自己開發的，擁了自主版權。
（4）重點突出，可讀性好，語言簡練，通俗易懂。
全書共有14章。各章內容如下：
第l章論述計算機系統結構的概念以及系統結構和并行性的發展，并介紹定量分析基礎。
第2章為“指令系統的設計”，論述計算機指令系統設計的各個方面，包括指令系統的分類、尋址技術、功能設計、格式設計以及指令系統的發展和改進，并且介紹一種經典的RISC計算機——MIPS的指令系統。
第3章為“流水線技術”，論述流水線的基本概念、分類和性能分析、非線性流水線的調度，介紹流水線中的相關和沖突問題及其解決方法，并以MIPS為例討論流水線的實現。
第4章為“向量處理機”，論述向量處理機的結構和特點、提高向量處理機性能的方法以及向量處理機的性能評價，并介紹了三個向量處理機實例。
第5章和第6章分別論述如何用硬件和軟件的方法來開發指令級并行。第5章的具體內容包括指令級并行的概念、記分牌和Tomasul。動態調度算法、基于硬件的前瞻執行以及多指令流出技術等。
第6章的內容包括循環展開和基本指令調度、跨越基本塊的靜態指令調度、VLIW技術、顯式指令并行執行EPIC等，并介紹一個實例——IntclItanium處理器。
第7章為“存儲系統”，論述Cact、e的基本知識、降低Cache不命中率的方法、減少Cache不命中開銷的方法以及減少命中時間的方法，并對并行主存和虛擬存儲器做簡要的討論。最后，還介紹了一個存儲層次實例——AMD Opteron存儲器層次結構。
第8章為“輸入輸出系統”，論述總線及其與CPU／存儲器的連接、通道處理機及其流量分析，并詳細論述了廉價磁盤冗余陣列RAID。
第9章為“互連網絡”，論述互連函數、互連網絡的特性參數；靜態互連網絡、動態互連網絡以及消息傳遞機制等。
第10章為“多處理機”，論述對稱式共享存儲器系統結構、分布式共享存儲器系統結構、多Cache一致性、同步、同時多線程以及MPP，并介紹了兩個多處理機實例。
第11章為“多核架構與編程”，論述了對多核架構的需求、幾種多核架構以及基于多核的并行程序設計。
第12章為“機群系統”，論述機群的結構、軟件模型以及機群的分類，并介紹了4個典型的機群系統。
第13章為“陣列處理機”，論述陣列處理機的操作模型、結構和特點以及并行算法，并介紹了兩個陣列處理機實例。
第14章為“數據流計算機”，論述數據流計算機模型、數據流程序圖和數據流語言、靜態數據流計算機結構以及動態數據流計算機結構。
本書的大部分內容由張晨曦教授編寫，包括第1—3章和第7—9章，王志英教授編寫了第1。章，沈立副教授編寫了第6章和第12章，李江峰編寫了第4章和第5章，劉依編寫了第13章和第14章，王偉副教授編寫了第11章。
本書直接或間接地引用了許多專家和學者的文獻或著作，在此向他們表示衷心的感謝。
由于作者水平有限，書中難免有錯誤和不妥之處，敬請讀者批評指正。
第1章計算機系統結構的基礎知識
1.1計算機系統結構的基本概念
1.1.1計算機系統的層次結構
1.1.2計算機系統結構的定義
1.1.3計算機組成和計算機實現
1.1.4計算機系統結構的分類
1.2計算機系統的設計
1.2.1計算機系統設計的定量原理
1.2.2計算機系統設計者的主要任務
1.2.3計算機系統設計的主要方法
1.3計算機系統的性能評測
1.4計算機系統結構的發展
1.4.1馮·諾依曼結構及其改進
1.4.2軟件對系統結構的影響
1.4.3器件發展對系統結構的影響
1.4.4應用對系統結構的影響
1.5計算機系統結構中并行性的發展
1.5.1并行性的概念
1.5.2提高并行性的技術途徑
1.5.3單機系統中并行性的發展
1.5.4多機系統中并行性的發展
1.5.5并行機的發展變化
習題
第2章指令系統的設計
2.1指令系統結構的分類
2.2尋址方式
2.3指令系統的設計和優化
2.3.1指令系統設計的基本原則35目錄計算機系統結構教程(第2版)2.3.2控制指令
2.3.3指令操作碼的優化
2.3.4指令字格式的優化
2.4指令系統的發展和改進
2.4.1沿CISC方向發展和改進指令系統
2.4.2沿RISC方向發展和改進指令系統
2.5操作數的類型和大小
2.6MIPS指令系統結構
2.6.1MIPS的寄存器
2.6.2MIPS的數據表示
2.6.3MIPS的數據尋址方式
2.6.4MIPS的指令格式
2.6.5MIPS的操作
2.6.6MIPS的控制指令
2.6.7MIPS的浮點操作
習題
第3章流水線技術
3.1流水線的基本概念
3.1.1什么是流水線
3.1.2流水線的分類
3.2流水線的性能指標
3.2.1流水線的吞吐率
3.2.2流水線的加速比
3.2.3流水線的效率
3.2.4流水線的性能分析舉例
3.2.5流水線設計中的若干問題
3.3非線性流水線的調度
3.3.1單功能非線性流水線的最優調度
3.3.2多功能非線性流水線的調度
3.4流水線的相關與沖突
3.4.1一條經典的5段流水線
3.4.2相關與流水線沖突
3.5流水線的實現
3.5.1MIPS的一種簡單實現
3.5.2基本的MIPS流水線
習題
第4章向量處理機
4.1向量的處理方式
4.2向量處理機的結構
4.2.1"存儲器存儲器"結構
4.2.2"寄存器寄存器"結構
4.3提高向量處理機性能的常用技術
4.3.1設置多個功能部件
4.3.2鏈接技術
4.3.3分段開采技術
4.3.4采用多處理機系統
4.4向量處理機的性能評價
4.4.1向量指令的處理時間Tvp
4.4.2最大性能R∞和半性能向量長度n1/
4.4.3向量長度臨界值n ?瘙 經
4.5向量處理機實例
4.5.1具有代表性的向量處理機
4.5.2Cray YMP和C
4.5.3NEC SXX
習題
第5章指令級并行及其開發--硬件方法
5.1指令級并行的概念
5.2相關與指令級并行
5.3指令的動態調度
5.3.1動態調度的基本思想
5.3.2記分牌動態調度方法
5.3.3Tomasulo算法
5.4動態分支預測技術
5.4.1采用分支歷史表
5.4.2采用分支目標緩沖器
5.4.3基于硬件的前瞻執行
5.5多指令流出技術
5.5.1基于靜態調度的多流出技術
5.5.2基于動態調度的多流出技術
5.5.3超長指令字技術
5.5.4多流出處理器受到的限制
5.5.5超流水線處理機
習題
第6章指令級并行的開發--軟件方法
6.1基本指令調度和循環展開
6.1.1指令調度的基本方法
6.1.2循環展開
6.2跨越基本塊的靜態指令調度
6.2.1全局指令調度
6.2.2蹤跡調度
6.2.3超塊調度
6.3靜態多指令流出: VLIW技術
6.4顯式并行指令計算
6.4.1非綁定分支
6.4.2謂詞執行
6.4.3前瞻執行
6.5開發更多的指令級并行
6.5.1挖掘更多的循環級并行
6.5.2軟流水
6.6實例: IA64體系結構
6.6.1IA64的指令格式
6.6.2IA64的謂詞執行機制
6.6.3IA64的前瞻執行機制
習題
第7章存儲系統
7.1存儲系統的層次結構
7.1.1存儲系統的層次結構概述
7.1.2存儲系統的性能參數
7.1.3三級存儲系統
7.1.4存儲層次的4個問題
7.2Cache的基本知識
7.2.1基本結構和原理
7.2.2映像規則
7.2.3查找方法
7.2.4Cache的工作過程
7.2.5替換算法
7.2.6寫策略
7.2.7Cache性能分析
7.2.8改進Cache性能
7.3降低Cache的不命中率
7.3.1三種類型的不命中
7.3.2增加Cache塊大小
7.3.3增加Cache的容量
7.3.4提高相聯度
7.3.5偽相聯Cache
7.3.6硬件預取
7.3.7編譯器控制的預取
7.3.8編譯優化
7.3.9"犧牲"Cache
7.4減少Cache不命中開銷
7.4.1采用兩級Cache
7.4.2讓讀不命中優先于寫
7.4.3寫緩沖合并
7.4.4請求字處理技術
7.4.5非阻塞Cache技術
7.5減少命中時間
7.5.1容量小、結構簡單的Cache
7.5.2虛擬Cache
7.5.3Cache訪問流水化
7.5.4蹤跡Cache
7.5.5Cache優化技術總結
7.6并行主存系統
7.6.1單體多字存儲器
7.6.2多體交叉存儲器
7.6.3避免存儲體沖突
7.7虛擬存儲器
7.7.1基本概念
7.7.2快速地址轉換技術
7.7.3頁式虛擬存儲器實例: 64位Opteron的存儲管理
7.8實例: AMD Opteron的存儲器層次結構
習題
第8章輸入輸出系統
8.1I/O系統的性能
8.2I/O系統的可靠性、可用性和可信性
8.3廉價磁盤冗余陣列
8.3.1RAID
8.3.2RAID1
8.3.3RAID2
8.3.4RAID
8.3.5RAID
8.3.6RAID
8.3.7RAID
8.3.8RAID10與RAID
8.3.9RAID的實現與發展
8.4總線
8.4.1總線的設計
8.4.2總線標準和實例
8.4.3與CPU的連接
8.5通道處理機
8.5.1通道的作用和功能
8.5.2通道的工作過程
8.5.3通道種類
8.5.4通道流量分析
8.6I/O與操作系統
8.6.1DMA和虛擬存儲器
8.6.2I/O和Cache數據一致性
習題
第9章互連網絡
9.1互連函數
9.1.1互連函數的表示方法
9.1.2幾種基本的互連函數
9.2互連網絡的結構參數與性能指標
9.2.1互連網絡的結構參數
9.2.2互連網絡的性能指標
9.3靜態互連網絡
9.4動態互連網絡
9.4.1總線網絡
9.4.2交叉開關網絡
9.4.3多級互連網絡
9.4.4動態互連網絡的比較
9.5消息傳遞機制
9.5.1消息尋徑方案
9.5.2死鎖與虛擬通道
9.5.3流控制策略
9.5.4選播和廣播尋徑算法
習題
第10章多處理機
10.1引言
10.1.1并行計算機系統結構的分類
10.1.2存儲器系統結構和通信機制
10.1.3并行處理面臨的挑戰
10.2對稱式共享存儲器的系統結構
10.2.1多處理機Cache一致性
10.2.2實現一致性的基本方案
10.2.3監聽協議的實現
10.3分布式共享存儲器的系統結構
10.3.1目錄協議的基本思想
10.3.2目錄協議實例
10.3.3目錄的三種結構
10.4同步
10.4.1基本硬件原語
10.4.2用一致性實現鎖
10.4.3同步性能問題
10.5同時多線程
10.5.1將線程級并行轉換為指令級并行
10.5.2同時多線程處理器的設計
10.5.3同時多線程的性能
10.6大規模并行處理機
10.6.1并行計算機系統結構
10.6.2大規模并行處理機
10.7多處理機實例1--T1
10.8多處理機實例2--Origin 200
習題1
第11章多核架構與編程
11.1多核架構的需求
11.1.1功耗與散熱問題
11.1.2并行度問題
11.1.3應用軟件問題
11.2多核架構
11.2.1多核的組織架構
11.2.2多核架構實例
11.3基于多核的并行程序設計
11.3.1并行編程模型
11.3.2并行語言
11.3.3并行算法
11.4多核編程實例
習題11
第12章機群系統
12.1機群的基本結構
12.1.1機群的硬件組成
12.1.2機群的軟件
12.2機群的特點
12.3機群的分類
12.4典型機群系統簡介
12.4.1Berkeley NOW
12.4.2Beowulf
12.4.3LAMP
12.4.4IBM SP2
習題12
第13章陣列處理機
13.1陣列處理機的操作模型和特點
13.2陣列處理機的基本結構
13.2.1分布式存儲器的陣列機
13.2.2共享存儲器的陣列機
13.3陣列處理機實例
13.3.1實例1: Illiac Ⅳ陣列處理機
13.3.2實例2: BSP計算機
13.4陣列處理機的并行算法舉例
習題1
第14章數據流計算機
14.1數據流計算機的基本原理
14.1.1數據驅動原理
14.1.2數據流計算機中指令的執行過程
14.1.3數據流計算機的指令結構
14.2數據流程序圖和數據流語言
14.2.1數據流程序圖
14.2.2數據流語言及其性質
14.3數據流計算機結構
14.3.1靜態數據流計算機
14.3.2動態數據流計算機
14.4數據流計算機的評價
14.4.1數據流計算機的優點
14.4.2數據流計算機的缺點
14.4.3數據流計算機設計中需解決的問題
習題1
主要參考文獻
新書資訊